利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法.pdf

本发明公开了一种利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其包括转炉冶炼和LF精炼，所述转炉冶炼的出钢钢水采用含钒炉渣进行钒合金化，并使用氮气做为底吹搅拌气体；所述钢水在LF精炼时，底吹搅拌气体先采用氮气，再采用氩气；所述钢水在LF精炼时，通过补加石灰和脱氧剂造高碱度还原性炉渣，能有效地提高钒元素收得率。本方法使用价格低廉的含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化生产含钒高强度钢，省去含钒炉渣生产钒氮合金环节，减少钒资源流失，通过含钒钢中增氮提高了碳氮化物析出。本方法能显著降低含钒高强度钢合金成本，提高产品市场竞争力，具有较好的经济效益和社会效益。

权利要求书
1.  一种利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其包括转炉冶炼和LF精炼，其特征在于：所述转炉冶炼的出钢钢水采用含钒炉渣进行钒合金化，并使用氮气做为底吹搅拌气体；所述钢水在LF精炼时，底吹搅拌气体先采用氮气，再采用氩气；所述钢水在LF精炼时，通过补加石灰和脱氧剂造高碱度还原性炉渣。

2.  根据权利要求1所述的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其特征在于：所述出钢钢水增钒量按0.020wt%～0.030wt%控制，含钒炉渣的加入量按公式（1）计算，
                                                
式（1）中，含钒炉渣品位为10%～14%；
           钒元素吸收率为90%～95%。

3.  根据权利要求1所述的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其特征在于：所述转炉出钢过程中，按重量比1:1加入含钒炉渣与小颗粒石灰。

4.  根据权利要求1所述的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其特征在于：所述LF精炼过程中，底吹氮气压力为0.30～0.40MPa，吹氮时间为18～25min。

5.  根据权利要求1所述的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其特征在于：所述LF精炼过程中，补加的石灰量为4～5kg/吨钢，炉渣碱度控制在2.0～3.0。

6.  根据权利要求1－5任意一项所述的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其特征在于：所述LF精炼过程中，脱氧剂采用铝粉、硅钙粉或硅铁粉。

7.  根据权利要求6所述的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法，其特征在于：所述铝粉加入量为0.10～0.20kg/吨钢，硅钙粉或硅铁粉加入量为0.4～0.5kg/吨钢。

说明书利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法
技术领域
本发明涉及一种钒氮合金化的方法，尤其是一种利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法。
背景技术
[0002] 为提高钢的强度，钢铁企业通常采用钒元素对钢进行微合金强化，因钒元素对碳元素、氮元素都具有很强的亲和力，可以形成碳氮化物，碳氮化合物会在冷却过程中析出，产生析出强化作用，可使钢的强度提高。同时，碳氮化合物在奥氏体-铁素体相界面的析出，有效阻止了铁素体晶粒的长大，起到了细化晶粒的作用，再加上钒元素的固溶强化作用，可显著提高钢的强度。
在钢中添加钒元素、氮元素进行微合金化的方法主要是通过加入钒氮合金来实现，即在转炉出钢过程中或LF精炼炉精炼过程中将钒氮合金加入钢包内进行合金化，此方法具有用量少、吸收率稳定的优势，但由于钒氮合金价格昂贵，使生产高强度钢的成本较高，影响了产品的市场竞争力。对于以钒钛磁铁矿为原料的钢铁企业来说，其具钒资源优势，转炉提钒过程产生的含钒炉渣中含有含量较高的V2O5，因此可利用含钒炉渣进行钒合金化。
中国专利201010132856.6公开了利用含钒炉渣进行钒合金化增钒精炼方法，所述方法生产含钒钢种时，根据钢种钒含量在LF精炼炉精炼过程中加入含钒炉渣进行钒合金化，其中LF精炼炉含钒炉渣合金化增钒量控制在0.005%～0.050%之间且含钒炉渣用量控制在10kg/吨钢以内。此方法由于钢中氮含量偏低，碳氮化物析出比例低，析出强化作用不明显。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种碳氮化物析出比例较高、成本低的利用含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化的方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：其包括转炉冶炼和LF精炼，所述转炉冶炼的出钢钢水采用含钒炉渣进行钒合金化，并使用氮气做为底吹搅拌气体；所述钢水在LF精炼时，底吹搅拌气体先采用氮气，再采用氩气；所述钢水在LF精炼时，通过补加石灰和脱氧剂造高碱度还原性炉渣。
本发明所述出钢钢水中加入下式（1）所述的含钒炉渣，
                                         
 式（1）中，0.020%～0.030%为钢水增钒量；
          含钒炉渣品位为10%～14%；
          钒元素吸收率为90%～95%；
          0.56为V2O5分子式中钒所占比例。
本发明所述转炉出钢过程中，按重量比1:1加入含钒炉渣与小颗粒石灰，小颗粒石灰粒度为10～30mm。
本发明所述LF精炼过程中，底吹氮气压力为0.30～0.40MPa，吹氮时间为18～25min。
本发明所述LF精炼过程中，补加的石灰量为4～5kg/吨钢，炉渣碱度控制在2.0～3.0。
本发明所述LF精炼过程中，脱氧剂采用铝粉、硅钙粉或硅铁粉。其中铝粉加入量为0.10～0.20kg/吨钢，硅钙粉或硅铁粉加入量为0.4～0.5kg/吨钢。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明使用价格低廉的含钒炉渣和氮气进行钒氮合金化生产含钒高强度钢，省去含钒炉渣生产钒氮合金环节，减少钒资源流失，通过钢中增氮提高了碳氮化物析出。本发明通过补加石灰和脱氧剂造高碱度还原性炉渣，能有效地提高钒元素收得率。本发明能显著降低含钒高强度钢合金成本，提高产品市场竞争力，具有较好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
下述实施例以某炼钢厂100吨转炉炼钢车间生产HRB400E螺纹钢筋为例，其中涉及的主要设备有一座炼钢转炉和一座LF精炼炉。
实施例1：本钒氮合金化方法的工艺步骤如下所述。
计划钢种为Φ16mmHRB400E钢筋，半钢经转炉炼钢后余钒重量百分比为：0.008%，Φ16mmHRB400E成品钒含量要求为：0.030%～0.055%。使用V2O5含量为12.5%含钒炉渣进行合金化，增钒量为0.020%，钢水量为102t，钒吸收率按93%考虑，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，加入含钒炉渣313kg，同时加入小颗粒石灰312kg，并使用氮气做为底吹搅拌气体。
LF精炼炉在钢水进站后，加入10kg铝粉、40kg硅铁粉，加入500kg石灰，调整底吹氮气压力为0.30MPa；炉渣碱度控制在2.0～3.0。经化渣后，进行大气量吹氮，然后取样分析化学成分，钒重量百分比为：0.028%；钒元素百分比不足部分使用钒氮合金补足，因此补加20kg氮化钒铁（FeV55N11）。底吹总供气时间为30min，其中底吹氮气25min，进行氮氩切换，吹氩时间5min。按照上述方法生产的产品取样钒重量百分比为：0.037%，氮重量百分比为：0.0124%。所生产的钢筋力学性能见表1，符合GB1499.2-2007中HRB400E要求。
表1：实施例1所得钢筋的力学性能

实施例2：本钒氮合金化方法的工艺步骤如下所述。
计划钢种为Φ20mmHRB400E钢筋，半钢经转炉炼钢后余钒重量百分比为：0.009%，Φ20mmHRB400E成品钒含量要求为：0.030%～0.060%。使用V2O5含量为13.0%含钒炉渣进行合金化，增钒量为0.023%，钢水量为105t，钒吸收率按95%考虑，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，加入含钒炉渣349kg，同时加入小颗粒石灰350kg，并使用氮气做为底吹搅拌气体。
LF精炼炉在钢水进站后，加入10kg铝粉、50kg硅钙粉，加入490kg石灰，调整底吹氮气压力为0.36 MPa；炉渣碱度控制在2.0～3.0。经化渣后，进行大气量吹氮，然后取样分析化学成分，钒重量百分比为：0.033%；钒元素百分比不足部分使用钒氮合金补足，因此补加20kg氮化钒铁（FeV55N11）。底吹总供气时间为31min，底吹氮气25min后，进行氮氩切换，底吹氩气6min。按照上述方法生产的产品取样钒重量百分比为：0.043%，氮重量百分比为：0.0132%。所生产的钢筋力学性能见表2，符合GB1499.2-2007中HRB400E要求。
表2：实施例2所得钢筋的力学性能

实施例3：本钒氮合金化方法的工艺步骤如下所述。
计划钢种为Φ25mmHRB400E钢筋，半钢经转炉炼钢后余钒重量百分比为：0.006%，Φ25mmHRB400E成品钒含量要求为：0.030%～0.055%。使用V2O5含量为11.5%含钒炉渣进行合金化，增钒量为0.025%，钢水量为103t，钒吸收率按91%考虑，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，加入含钒炉渣439kg，同时加入小颗粒石灰441kg，并使用氮气做为底吹搅拌气体。
LF精炼炉在钢水进站后，加入15kg铝粉、50kg硅铁粉，加入440kg石灰，调整底吹氮气压力为0.40 MPa；炉渣碱度控制在2.0～3.0。经化渣后，进行大气量吹氮，然后取样分析化学成分，钒重量百分比为：0.030%；钒元素百分比不足部分使用钒氮合金补足，因此补加20kg氮化钒铁（FeV55N11）。底吹总供气时间为30min，底吹氮气22min后，进行氮氩切换，底吹氩气8min。按照上述方法生产的产品取样钒重量百分比为：0.040%，氮重量百分比为：0.0141%。检测产品力学性能，其抗拉强度（Rm）为665MPa，屈服强度（Rel）为470MPa，力学性能符合GB1499.2-2007要求。所生产的钢筋力学性能见表3，符合GB1499.2-2007中HRB400E要求。
表3：实施例3所得钢筋的力学性能

实施例4：本钒氮合金化方法的工艺步骤如下所述。
计划钢种为Φ28mmHRB400E钢筋，半钢经转炉炼钢后余钒重量百分比为：0.008%，Φ28mmHRB400E成品钒含量要求为：0.035%～0.055%。使用V2O5含量为13.3%含钒炉渣进行合金化，增钒量为0.030%，钢水量为104t，钒吸收率按93%考虑，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，加入含钒炉渣450kg，同时加入小颗粒石灰450kg，并使用氮气做为底吹搅拌气体。
LF精炼炉在钢水进站后，加入20kg铝粉、45kg硅铁粉，加入400kg石灰，调整底吹氮气压力为0.35 MPa；炉渣碱度控制在2.0～3.0。经化渣后，进行大气量吹氮，然后取样分析化学成分，钒重量百分比为：0.036%；钒元素百分比不足部分使用钒氮合金补足，因此补加20kg氮化钒铁（FeV55N11）。底吹总供气时间为28min，底吹氮气18min后，进行氮氩切换，底吹氩气10min。按照上述方法生产的产品取样钒重量百分比为：0.047%，氮重量百分比为：0.0118%。所生产的钢筋力学性能见表4，符合GB1499.2-2007中HRB400E要求。
表4：实施例4所得钢筋的力学性能

实施例5：本钒氮合金化方法的工艺步骤如下所述。
计划钢种为Φ32mmHRB400E钢筋，半钢经转炉炼钢后余钒重量百分比为：0.009%，Φ32mmHRB400E成品钒含量要求为：0.035%～0.060%。使用V2O5含量为13.0%含钒炉渣进行合金化，增钒量为0.025%，钢水量为102t，钒吸收率按94%考虑，按照吨钢含钒炉渣加入量公式计算，加入含钒炉渣372kg，同时加入小颗粒石灰370kg，并使用氮气做为底吹搅拌气体。
LF精炼炉在钢水进站后，加入10kg铝粉、50kg硅钙粉，加入490kg石灰，调整底吹氮气压力为0.32 MPa；炉渣碱度控制在2.0～3.0。经化渣后，进行大气量吹氮，然后取样分析化学成分，钒重量百分比为：0.033%；钒元素百分比不足部分使用钒氮合金补足，因此补加25kg氮化钒铁（FeV55N11）。底吹总供气时间为32min，底吹氮气24min后，进行氮氩切换，底吹氩气8min。按照上述方法生产的产品取样钒重量百分比为：0.045%，氮重量百分比为：0.0144%。所生产的钢筋力学性能见表5，符合GB1499.2-2007中HRB400E要求。
表5：实施例5所得钢筋的力学性能